Химия и химические технологии/5. Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий

Аспірант Рубан О.В., проф., д.т.н Попов Є.В.

ІХТ СНУ ім. В. Даля (м. Рубіжне), Україна

Методика отримання силіконакрилових кополімерів

Різноманітні поверхнево-активні речовини (ПАР) на сьогоднішній день найбільш затребувана ланка у хімічній промисловості. Така широка розповсюдженість потребує від хіміків розробки та вдосконалювання методів отримання ПАР із найбільш доцільними та біологічно безпечними властивостями. З цього боку використання комплексних ПАР, що містять додаткові компоненти, наприклад акрилові кополімери різного складу, може суттєво допомогти у винаході екологічно безпечних матеріалів. В останні роки зростає кількість досліджень по створенню полімерних поверхнево-активних речовин на основі похідних акрилової кислоти та силіконів і розробці технологій їх виробництва. Тому розробка технології отримання силікон акрилового полімерного ПАР представляє дуже великий інтерес для поєднання переваг полімерів різних видів, компенсуючи їх недоліки.

В даний час розширення асортименту полімерних матеріалів відбувається не стільки за рахунок розробки нових полімерів, скільки в результаті модифікації відомих, при якій отримання полімерних матеріалів з певним комплексом властивостей може бути пов'язане зі структурними змінами полімеру [1].

Силіконакрилові ПАР – полімери силіконів і акрилатів, що зберігають функціональність більшості груп вихідних мономерів. Силіконові добавки що входять до складу ПАР дозволяють йому проявляти хімічну спорідненість до поверхні розділу фаз, до поверхневого шару краски або лаку, навіть при багатошаровому нанесенні лакофарбових матеріалів (ЛФМ). Такі добавки використовуються для поліпшення змочування поверхні, а також як запобіжники проти утворення різноманітних нерівностей на поверхні. Поліакрилати ж мають високий поверхневий натяг у порівнянні із силіконами і не впливають на поверхневий натяг ЛФМ. Такі властивості поліакрилатів призводять до поліпшення розтікання лаків та фарб. Досить новим класом ПАР є так звані силікон-модифіковані поліакрилати – речовини що поєднують у собі властивості похідних акрилової кислоти та силіконів [2].

На підставі раніше проведених експериментальних досліджень нами були визначені оптимальні умови проведення реакції кополімеризації.

У роботах [3, 4] була проведена низка синтезів силіконакрілового полімерного ПАР при різних температурах від 50 до 120, а також при різному мольному співвідношенні реагентів та різному часу витримки.

Методика отримання силіконакрілового ПАР.

У три горлу круглодонну колбу зі зворотним холодильником, мішалкою і краплинної воронкою заливають розраховану кількість силану (силоксану) і акрилової кислоти. Суміш нагрівають на водяній (масляної) бані до необхідної температури і витримують протягом кількох годин при перемішуванні. Технологічна схема методу представлена на малюнку 1:

Малюнок 1. Лабораторна установка синтезу силіконакрилового ПАР.

Установка синтезу включає: реакційну колбу 1 (у середину якої вносять силан або силоксан), зворотний холодильник 2, мішалку 3, гумовий ущільнювач 4, крапельну воронку 5 (за допомогою якої можна додавати акрилову кислоту). Установка встановлюється на водяну (масляну) баню, яка дозволяє підтримувати температуру на необхідному рівні. Температурний режим був підібраний експериментально, завдяки розрахункам найбільшого виходу маси полімерного ПАР при використанні різних режимів. Результати досліджень приведені в роботах [3, 4].

У ході проведених досліджень отримано силіконакріловий кополімер, що представляє собою в'язку прозору рідину без різкого запаху, яка добре розчиняється в органічних розчинниках та є придатною для застосування в лакофарбовій продукції в якості модифікатора поверхні.

Описаний метод має низку переваг: дешевий у матеріально-технічному плані, проста зборка установки для синтезу, швидкість проведення реакції кополімеризації та отримання максимально чистого продукту.

Література:

1. Русанова С. Н., Софьина С. Ю., Стоянов О. В. Влияние кремнийорганических модификаторов на структурные характеристики и эксплуатационные свойства полимеров [Текст] / С. Н. Русанова, С. Ю. Софьина, О. В. Стоянов // Вестник Казанского технологического университета - 2008. - №5.

2. Nagel C. New silicone structures new hybrid structure yields versatile surface-modifying polymers [Text] / C. Nagel, M. Heekeren, A. Frank // European Coatings journal. – 2010. – Vol. 04. P. 32-39

3. Рубан, О. В. Отримання кополімеру акрилової кислоти і 3-метакрилоксипропіл-триметоксисилану методом емульсійної кополімеризації [Текст] / О. В. Рубан, К. В. Кисельова-Логінова, Є. В. Попов // Технологічний аудит та резерви виробництва. – 2015. – Т. 3, № 4(23). – С. 17–23. doi: 10.15587/2312-8372.2015.43664

4. Рубан, О. В. Получение силиконакрилового поверхностно-активного вещества методом безэмульсионной сополимеризации [Текст] / О. В. Рубан, К. В. Киселева-Логинова, Е. В. Попов // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2014. – Т. 6, № 6 (72). – С. 24–28. doi: 10.15587/1729-4061.2014.33109